将氢弹计算速度从40小时缩短到20秒，中美超级计算机的较量

第1章

计算速度决定科研速度

第一次工业革命是蒸汽机，第二次工业革命是电力，那么第三次工业革命一定离不开计算机。

1966年12月28日，中国首颗氢弹试爆成功，成为继美苏英之后第四个拥有氢弹的国家，美国研制原子弹与氢弹的间隔为7年3个月，苏联是6年3个月，英国是4年7个月，而中国仅用了2年零8个月！赶在法国前面先一步研制成功，听到消息的戴高乐被气的大发脾气（法国最终在1968年研制出氢弹，两弹间隔为8年6个月）。

不知有没有发现，除了法国，前四个国家的两弹间隔不断在缩减，而能让中国抢先一步的关键，除了中国科研人员夜以继日、加班加点的研究，还离不开当时的最新技术——计算机。

如果说古代人类四大发明是中国的造纸术、印刷术、火药、指南针的话，近代人类四大发明，计算机肯定算一个。

在第二次世界大战中，美国发现计算炮弹和导弹弹道太复杂，耗费时间非常长，为此，美国组建了一支阵计算机制造团队，从而研制出世界上第一款电子计算机ENIAC，虽然没赶上二战的武器弹道计算，但后来ENIAC投入氢弹研发工作后，让氢弹的模拟计算耗时从40小时缩短到了20秒。

时间的缩短，意味着效率的提升。

也就是说，研发氢弹的某个阶段耗时被缩短了数千倍！这可是天壤之别！也正是计算机的出现，后面的苏联、英国和中国在核武器的研制速度上开始明显加快。

许多人印象中，我国研制第一颗原子弹和第一颗氢弹时，是用算盘打出来的，其实，算盘大部分是用来基础计算和大致估算的，当时科研人员主要的计算工具是手摇计算机和大型计算机。

手摇计算机是一种外形类似打字机的纯机械结构计算机，通过齿轮转动，可以进行四则运算、平方数、立方数、开立方，以及三角函数和对数等算法。每摇一次手柄可以完成一次加法，乘法需要摇动一二十次，涉及到三角函数，还要查阅密密麻麻的数表。虽然比人工运算明显加快了，但对于核弹、导弹来说，还是太慢了。

比如我国研制第一颗导弹时，科研人员顾循珍回忆：初次计算“1059”弹道时，我用手摇计算机每天计算十几个小时，我们全组发扬“蚂蚁啃骨头”精神，用了整整一个月时间，终于把第一条弹道计算出来.....

邓稼先在研制原子弹时使用的手摇计算机

为此，中国的第一台电子计算机是与原子弹同步研制的，1957年10月中国计划开始研制原子弹时，中国参照苏联提供的M-3小型电子计算机图纸进行仿制，在苏联专家的帮助下第二年就仿制成功，经过调试，1959年8月第一台“103机”计算机正式投入使用。

这款103机每秒可以计算2500次，人民大会堂主席台的力学结构就是由103机计算完成的。

1959年中国又仿制苏联БЭСМ-Ⅱ大型计算机生产出104机，计算速度达到每秒1万次，有22个机柜，占地200平方米、使用4200个电子管、4000个晶体二极管，容量4K。这个性能在现代看来十分落后，但在当时已经相当厉害了。

我国的第一颗原子弹、第一颗导弹、火箭、卫星、铁路车站最优分布、以及5个大型水坝应力计算任务都是由它来完成的。

104机

不过由于104型计算机诞生时只生产了两台，一台提供给搞原子弹的二机部，一台提供给造火箭的七机部，其他人使用手摇计算机和算盘做辅助，别单位的重大科研项目需要排队等着。

在电视剧《功勋》中我们就可以看到，无论是研制氢弹的于敏、还是研制核潜艇的黄旭华，都有在大型计算机房里没日没夜排队计算数据的场景。当时用每秒一万次运算速度的大型计算机工作上百天才能完成的科研项目，而如今，一部老款小米11手机上的骁龙888处理器，运算速度就可以达到每秒26万亿次！研制人员在计算机上计算弹道，准备好原始数据，输入计算机，启动程序，一条弹道立刻就计算出来了

总结来说就是：计算机运算速度，决定了科研速度。

第2章

超级计算机的较量

当中国使用104机和J501机研发“两弹一星”等重大战略科研项目时，美国为了高能核物理研究，在1964年由“超算之父”西摩·克雷（Seymour Cray）研制出世界上第一款真正意义上的超级计算机CDC6600，每秒运算300万次，超过IBM7030数倍，连续三年霸榜世界最快计算机，一共生产了150台。

每秒万次与百万次的100倍差距，意味着在同样的科研水平下，美国的研发速度被提高了100倍。

超级计算机的美国制霸时代来临。

1965年，IBM公司征召6万名新员工，创建5座新工厂，研发出第一种共同交互方式、使用OS/360操作系统的System/360超级计算机。美国用这款计算机实现了银行跨行交易系统、航空业最大在线票务系统，以及首次载人登月任务。

当时还有段小插曲：1969年，美国宇航员阿姆斯特朗第一次登陆月球时，指挥舱和月球着陆器上各有一台小型计算机负责计算着陆轨道。在距离月球表面仅数百米时，宇航员奥尔德林打算使用计算机进行计算位置，计算机突然发生死机，而且是4分钟内连续死机重启5次。奥尔德林输入代码“5-9-enter”，意为显示警报，控制台显示错误代码“1202”。

眼看着陆器就要降在月球，此时整个控制中心都听到阿姆斯特朗焦急的通报：“谁XX能告诉我1202到底是什么意思？”

控制中心计算机专家和编程专家们立刻根据代码分析出，是计算机处理器过载发生的死机，并由于编程了过载保护程序，死机后自动重启。找到问题的阿姆斯特朗改为手动操作，减小过载，很多计算机就恢复了。

也正是从那个年代开始，编程成为计算机中的重要组成部分，计算机也开始出现多个发展路线。

随着计算机技术逐渐被世界各国掌握，对超级计算机的追求也逐渐激烈起来，毕竟世界各国也看到了计算机发挥的巨大作用和潜力，发展超级计算机成为了各个大国的“刚需”。但相比之下，美国不仅将全世界都远远甩在后面，美国科学家的内卷也让美国与世界的差距进一步加大。

CDC7600超级计算机

1969年，“超算之父”西摩·克雷研制出了CDC7600，每秒运算3600万次，比上一代CDC6600的速度提升了10倍以上，每台售价500万美元。

两年后，CDC公司支持的另一个项目组开发出CDC STAR-100，每秒运算达到1亿次，再次刷新了世界纪录。

西摩·克雷一气之下离开CDC，拉着自己的项目组成立了Cray lnc公司，1975年研制出第一款产品Cray-1，每秒2.5亿次，这款超算被设计成字母C的形状，可以让各模块之间的电线长度更短，信号传输更快。每台售价800万美元，卖出去80多台。但是西摩·克雷出身富人家庭，自己视金钱为粪土，只想把钱全投进去研究超算。

西摩·克雷（Seymour Cray）与Cray-1

1981年老上家CDC公司开发出CDC Cyber 205，每秒运算4亿次。

西摩·克雷马上让团队在1982年研制出CrayX-MP/4，每秒运算9.4亿次。

接着又在1985年开发出Cray-2，每秒运算19亿次。

这还不够，西摩·克雷想继续研究超过百亿次的Cray-3和Cray-4，此时公司认为没有必要继续研发速度更快、价格昂贵的单个超级计算机，当时很多公司另辟蹊径，正在探索大规模并行处理技术（MPP），大致可以理解为用多个处理器并联在一台计算机中，使其同样达到高速运算能力。

西摩·克雷很抵制这种新技术，认为是歪门邪道，西摩·克雷曾说：“如果你正在耕地，你更愿意使用两头强壮的牛还是1000只鸡？”

打脸来的很快，一家1983年新成立的思维机器公司（Thinking Machines Corporation）成功将大规模并行计算架构运用在名为“连接机器”超级计算机中。

连接机器（CM-1）超级计算机

并行（MMP）计算机的性价比，让传统的Cray计算机迅速败下阵来，虽然Cray-4速度能达到上百亿次，但是造价却贵的离谱。

1984年这项运用新技术的超级计算机得到美国国防部的认可，很快签下450万美元的合同，用来研发可以让坦克、导弹等武器实现目标识别的技术。

第二年营收了6500万美元的思维机器一跃成为并行超级计算机的领导者，到1993年，全世界最快的四台计算机都是思维机器公司的。

西摩·克雷不得不承认，1024只鸡最终打败了两头强壮的牛，并在新成立的SRC公司开始研发并行计算机，希望东山再起。

谁也没想到，冷战的结束会是一道炸雷。

假想敌苏联解体，美国最大的威胁没了，大量高端军事技术纷纷停止研发，美国各单位的采购预算大幅缩减，超级计算机的需求和订单也没了。

曾经风光无限的思维机器公司和Cray公司相继破产，西摩·克雷也在研制过程中发生车祸去世。

美国的超级计算机爆发时代结束。

这时，亚洲一个正在快速崛起的国家加入竞争行列。

1983年4月，日本电气NEC率先开发出世界上第一台每秒运算速度超过10亿次的SX-2超级计算机，超越美国Cray系列成为世界第一，随后更是出口到美国，打破了超级计算机自诞生以来被美国垄断长达20年的一家独大。

这样的突破和日本政府的长期支持密不可分。20世纪80年代，日本政府大规模补贴计算机科研项目，同时推行排除国外竞争的产业政策，日本的富士通、日立、NEC等半导体公司取了IBM大型机技术的关键部分，并先后在本土推出了价格实惠的商用计算机系统，等在中低端商用计算机领域站稳脚跟后，开始爆发力量冲击超级计算机高端市场。

1994年，日本富士用166块每块运算速度17亿次的向量处理器打造出全球最快的千亿次超级计算机。

日本日立在1996年使用2048块处理器打造的超级计算机实现了每秒6000亿次运算！

“地球模拟器”超级计算机

日本政府的投入并没有到此为止，1999年日本投入400亿日元，开始了名为“地球模拟器”的超级计算机的开发计划。2002年4月，“地球模拟器”在接受基准测试时，运算性能达到了每秒1万亿次的浮点运算，成为世界上最高性能的超级计算机，其实际性能达到了此前世界最高性能的美国IBM ASCI White超级计算机的5倍以上。

在整个90年代，运算速度最快的超级计算机全都来自日本。

“儿子“怎么能够骑在“爸爸”头上？！

美国为了守住自己的高科技领导地位，以及“美帝掌握核心科技”的民族自信，准备了一套组合拳收拾隐约威胁到自己的日本。美国一方面开始重新加大相关领域的投资，一方面祭出惯用的“脏手段”，打击日本相关产业。

某天美国联邦调查局FBI突袭了在美国的日立公司办公室，逮捕了6名员工，并对在日本境内的12名员工发布通缉令。

FBI自称联合IBM公司经过一年的钓鱼执法，发现了日本日立公司和三菱公司窃取IBM计算机技术的证据。说明啥？说明日本能有今天超过美国的计算机成就，其实是偷的我们美国的技术！日本妥妥的是间谍。

随后在十多年时间里，美国逼迫日本先后三次签署半导体协议，强行限制日本半导体对美国的出口，还要求扩大美国半导体在日本的市场份额。日本稍有违规，就对日本采取100%的进口关税等报复性措施。

这根本就是个不平等条约。

美国还大造“日本威胁论”，民主党候选人蒙代尔当时说了句著名的话：“我们想让自己的孩子们做什么？给日本电脑擦灰吗？”

1982年版《银翼杀手》截图

当时上映的一部科幻电影《银翼杀手》中，电影开头就是2019年的美国洛杉矶，一片末日赛博朋克的风格，街头上满是用日语写的霓虹灯广告牌，美国主角坐在路边大排档，用英语日语夹杂比划着朝日本拉面仙人点了份豚骨拉面。让美国观众不由得发问：“2019年的洛杉矶将会变成日本殖民地？”

在这种政府暗示的“日本威胁论”下，很多美国科研机构取消了购买日本超级计算机的意向。日本不仅完全丧失了美国市场，根据半导体协定，美国还轻松占据了日本国内30%以上的市场。

日本从此一蹶不振至少20年，但美国人没有高兴太久，因为有一个亚洲大国正在悄悄的复兴。